一种基于闲置油气井储气的耦合地热能压缩空气储能系统

本发明涉及储能以及可再生能源开发领域，涉及一种基于闲置油气井储气的耦合地热能压缩空气储能系统。

背景技术：

1、随着我国风能、光能等可再生能源的快速发展，可再生能源供给比重逐渐提升，可在生能源的不稳定性对电网维护挑战日益升级，对储能技术的需求越来越大。发展储能技术可有效解决可再生能源供电不稳定的问题，可平滑波动性电能供给，增加可再生能源发电利用率，减少弃电。

2、现有大规模储能技术有多种，压缩空气储能技术具有容量大、环境友好、响应速度快、经济可行性好等优点而备受青睐，其主要原理是利用可再生能源生电或低谷时段电力将空气压缩至耐高压储气室内，在需要时将其释放进行膨胀发电。

3、压缩空气储能技术包括超临界压缩空气储能技术、先进绝热式压缩空气储能技术、等温压缩空气储能技术、液态压缩空气储能技术等多种技术类型，先进绝热式压缩空气储能技术的技术可行性较强、效率较优，所以其发展较为迅速。但其由于换热器换热效能的限制，压缩空气时回收的压缩热并不能在膨胀时完全传递回空气，导致回收压缩热后换热介质热量不能够完全利用，造成热量的大量损失。

4、现有压缩空气储能技术采用的储气室包括天然盐穴、人造硐室、钢制高压容器、闲置油气井井筒等，闲置油气井井筒作为储气容器具备耐高压、成本低、占地面积小等优点。闲置油气井井筒一般深达数千米，井底温度可高达100℃之余，具备良好的地热能开发条件。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提出一种基于闲置油气井储气的耦合地热能压缩空气储能系统，其能够有效减小系统热量的损失，并充分利用地热能，以增加系统的储能容量，提升储能系统综合效率。

2、本发明为了实现上述目的，采用如下技术方案：

3、本发明提供一种基于闲置油气井储气的耦合地热能压缩空气储能系统，耦合地热能压缩空气储能系统包括多级压缩机、多级冷却器、多级回热器、多级膨胀机、多组闲置油气井储气室、高温储热罐、低温储热罐、储冷罐、电动机、第一发电机和多蒸发器卡琳娜循环机组；

4、多蒸发器卡琳娜循环机组包括第一蒸发器、第二蒸发器、分离器、氨膨胀机、吸收器、冷凝器、工质泵、预热器和第二发电机，其中，第一蒸发器包括相互连通的a1口和c1口、相互连通的b1口和d1口，第二蒸发器包括相互连通的a2口和c2口、相互连通的b2口和d2口，预热器包括相互连通的a3口和c3口、相互连通的b3口和d3口；

5、多级冷却器、高温储热罐、多级回热器、a2口、c2口、储冷罐依次连通，形成循环回路，内部流动介质为导热油，导热油从所述储冷罐输送至多级冷却器，并被压缩空气加热，第一级冷却器与第二级冷却器中的导热油流向后高温储热罐储存，第三级冷却器中导热油流向低温储热罐，高温储热罐输送导热油至多级回热器，导热油加热流经多级回热器中的压缩空气，而后低温储热罐中的导热油与流出多级回热器的导热油相混合输送至第二蒸发器加热氨水溶液，而后流回储冷罐；

6、多级压缩机、多级冷却器、多组闲置油气井储气室、第一蒸发器、节流阀、多级回热器、多级膨胀机前后连通，空气由多级压缩机、多级冷却器压缩降温后进入多组闲置油气井储气室，而后压缩空气从多组闲置油气井储气室内流出进入第一蒸发器加热氨水溶液，而后进入多级回热器、多级膨胀机进行回热、膨胀发电；

7、多组闲置油气井储气室由多个闲置油气井连接组成，闲置油气井储气空间由井口一体化装置、非等径嵌套取气管、闲置井井筒套管、井底封堵桥塞封闭形成，闲置油气井内部放置非等径嵌套取气管，非等径嵌套取气管距离井口浅端为小径、深端为大径，压缩空气排出时沿非等径嵌套取气管流出；

8、井口一体化装置由井口套管、异形法兰、异形双层管、上四通管道、旁通阀、蝶阀、下四通管道、法兰盖连接组成，异形法兰具有内外两部螺栓连接处，异形法兰连接井口套管、非等径嵌套取气管、异形双层管三个部件，异形法兰内部小径连接非等径嵌套取气管与异形双层管中小径管道a6口，异形法兰外部大径连接井口套管与异形双层管中大径管道b6口；异形双层管中小径、大径管道均为通路管道，小径管道轴向两端均为开放，大径管道轴向下部为开放，上部为封闭，大径管道径向开有开口，异形双层管小径管道下部开口a6口与异形法兰、非等径嵌套取气管连接，异形双层管小径管道上部开口d6与上四通管道a4口相连，异形双层管大径管道b6口与异形法兰、井口套管相连，异形双层管径向支路c6口与下四通管道的a5口相连，上四通管道a4口与异形双层管小径管道上部开口a6口相连，上四通管道b4口与旁通阀相连，上四通管道c4口与蝶阀相连，上四通管道d4口为井口一体化装置气体出口，井内空气沿非等径嵌套取气管、异形双层管中小径管道、上四通管道流出、流入；下四通管道a5口与异形双层管c6口相连，下四通管道b5口与旁通阀相连，下四通管道c5口与蝶阀相连，下四通管道d5口由法兰盖封闭，旁通阀控制非等径嵌套取气管内空气与非等径嵌套取气管与井筒套管环空中空气的压差。

9、氨水溶液由d1口进入第一蒸发器由闲置油气井井内流出的高热空气第一次加热，而后由d2口进入第二蒸发器由低温储热罐、多级回热器两者相混合的导热油二次加热，经过两次加热的氨水溶液进入分离器分离出富氨蒸气，富氨蒸气进入氨膨胀机膨胀做功并推动第二发电机输出电力。

10、本发明实施例提供的一种基于闲置油气井储气的耦合地热能压缩空气储能系统的有益效果包括：

11、压缩空气储能系统采用装有非等径嵌套取气管的多组闲置油气井储气，膨胀释能阶段井内压缩空气由非等径嵌套取气管与井筒套管夹层空间流向非等径嵌套取气管空间，非等径嵌套取气管与井筒套管夹层空间的空气均会流经井底高热区域进行吸热升温，非等径嵌套取气管采用浅细深粗设计，完成吸热的压缩空气沿非等径嵌套取气管排出时流速随管径减小而逐渐增加，随着管径的减小压缩空气与地层、低温空气的换热面积逐渐变小，最大限度保存所提取的地热能，耦合多蒸发器卡琳娜循环机组对所开发地热能热量进行利用，同时通过多蒸发器卡琳娜循环机组实现系统在压缩储能阶段低温导热油、膨胀释能阶段导热油余温的利用，解决系统热源浪费的问题，可有效实现对地热能的开发利用，减少储能过程中的热量散失，提高储能效率。

技术特征：

1.一种基于闲置油气井储气的耦合地热能压缩空气储能系统，其特征在于，所述耦合地热能压缩空气储能系统，包括压缩空气储能系统(100)、多蒸发器卡琳娜循环机组(200)；

2.根据权利要求1所述的一种基于闲置油气井储气的耦合地热能压缩空气储能系统，其特征在于，所述多组闲置油气井储气室(7)由多个闲置油气井(700)连接组成，所述闲置油气井(700)内部放置非等径嵌套取气管(31)，所述非等径嵌套取气管(31)距离井口浅端为小径、深端为大径，井口一体化装置(32)连接所述非等径嵌套取气管(31)与井筒套管(30)、井底封堵桥塞(33)井内密闭空间。

3.根据权利要求2所述的一种基于闲置油气井储气的耦合地热能压缩空气储能系统，其特征在于，所述井口一体化装置(32)由井口套管(34)、异形法兰(35)、异形双层管(36)、上四通管道(37)、旁通阀(38)、蝶阀(39)、下四通管道(40)、法兰盖(41)连接组成，所述异形法兰(35)具有内外两部螺栓连接处，所述异形法兰(35)连接所述井口套管(34)、所述非等径嵌套取气管(31)、所述异形双层管(36)三个部件，所述异形法兰(35)内部小径连接所述非等径嵌套取气管(31)与所述异形双层管(36)中小径管道a6口，所述异形法兰(35)外部大径连接所述井口套管(34)与所述异形双层管(36)中大径管道b6口；

4.根据权利要求1所述的一种基于闲置油气井储气的耦合地热能压缩空气储能系统，其特征在于，所述多级压缩机(300)包括第一级压缩机(1)、第二级压缩机(2)和第三级压缩机(3)，所述多级冷却器(500)包括第一级冷却器(4)、第二级冷却器(5)和第三级冷却器(6)；所述第一级压缩机(1)流出的空气经由所述第一级冷却器(4)冷却，所述第一级冷却器(4)冷却介质为导热油，完成冷却后的导热油流入所述高温储热罐(9)存储，所述第二级压缩机(2)流出的空气经由所述第二级冷却器(5)冷却，所述第二级冷却器(5)冷却介质为导热油，完成冷却后的导热油流入所述高温储热罐(9)存储，所述第三级压缩机(3)中的空气经由所述第三级冷却器(6)冷却，所述第三级冷却器(6)冷却介质为导热油，完成冷却后的导热油流入所述低温储热罐(8)存储。

5.根据权利要求4所述的一种基于闲置油气井储气的耦合地热能压缩空气储能系统，其特征在于，所述高温储热罐(9)中的导热油进入所述多级回热器(600)对压缩空气进行回热，所述多级回热器(600)中完成回热的导热油与所述低温储热罐(8)中导热油相混合，一同进入所述第二蒸发器(20)的所述a2口，于c2口流出，而后导热油进入所述储冷罐(29)。

6.根据权利要求2所述的一种基于闲置油气井储气的耦合地热能压缩空气储能系统，其特征在于，所述闲置油气井(700)中内压缩空气沿所述非等径嵌套取气管(31)流出，进入所述第一蒸发器(19)的所述a1口，从所述c1口流出，进入所述多级回热器(600)加热，加热后的压缩空气进入所述多级膨胀机(400)膨胀做功带动第一发电机(11)发电。

7.根据权利要求1所述的一种基于闲置油气井储气的耦合地热能压缩空气储能系统，其特征在于，所述氨水溶液由所述d1口进入所述第一蒸发器(19)由所述闲置油气井(700)井底的高热空气加温，而后由所述d2口进入所述第二蒸发器(20)由导热油二次加热，经过两次加热的氨水溶液于b2口进入所述分离器(21)分离出富氨蒸气，富氨蒸气进入所述氨膨胀机(22)膨胀做功并推动所述第二发电机(23)输出电力。

技术总结
本发明公开了一种基于闲置油气井储气的耦合地热能压缩空气储能系统。系统包括多组闲置油气井储气室、压缩空气储能系统、多蒸发器卡琳娜循环机组，其中，多级冷却器、多规格储热罐、多级回热器、A2口、C2口、储冷罐依次连通、循环，流动介质为导热油，导热油被压缩空气加热存至多规格储热罐，高温储热罐导热油加热压缩空气，放热后的导热油尚有余热和低温储热罐导热油混合一同加热流经蒸发器的氨水溶液，流回储冷罐；多组闲置油气井储气室内高热压缩空气流经A1口、C1口加热蒸发器的氨水溶液，而后多级膨胀、放出；由两级蒸发器加热的氨水溶液，于分离器中分离出富氨蒸气在氨膨胀机中做功。系统可有效开发地热能、减少热量流失，提升储能效率。

技术研发人员：王国荣,苏传鑫,钟林,张林锋,林治宇
受保护的技术使用者：西南石油大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/17